Partnerzy
serwisu

BOŚ Bank logo Instytut Polityki Energetycznej logo

Partnerzy
Merytoryczni

IGEOS logo
Helukabel kable i przewody
fot. HELUKABEL Polska

Materiał promocyjny

Kable i przewody Ery 4.0

Czwarta rewolucja przemysłowa charakteryzuje się znacznym wzrostem komunikacji w coraz większym stopniu autonomicznych urządzeń sterowniczych. Kable i przewody wysokiej częstotliwości umożliwiają szybkie przesyłanie dużych ilości informacji pomiędzy urządzeniami, a jednocześnie przy prawidłowym doborze, prowadzeniu i połączeniach z masy pozwalają uniknąć zakłóceń elektromagnetycznych mogących mieć wpływ na pracę czy bezpieczeństwo maszyn i urządzeń przemysłowych.

Kompatybilność elektromagnetyczna

U podstaw rozwiązania problemów kompatybilności elektromagnetycznej leży genialny w swej prostocie wynalazek, tzw. skrętki, który umożliwia przesył sygnału o niskiej energii i amplitudzie za pomocą pary przewodów ściśle ze sobą skręconych. Pomysł nie jest nowy, ponieważ przypisuje się go samemu Alexandrowi Grahamowi Bellowi (znanemu przede wszystkim z wynalezienia telefonu).

Mówiąc w uproszczeniu, poziom zakłóceń wynikających z generowania pasożytniczych napięć w obwodach zależy m.in. od wartości indukcji pola i wielkości pola powierzchni przenikanego przez fale elektromagnetyczne. Na rys. 1. poniżej pokazano poglądowo, jak skutecznie skręcenie żył obwodu elektrycznego redukuje wielkość powierzchni obejmowanej danym obwodem. Ten dość prosty zabieg był od dziesięcioleci wykorzystywany w różnych obwodach sygnałowych – początkowo analogowych, a później cyfrowych. Wpływ skrętu żył przewodu jest tak bardzo korzystny, że niezależnie od stosowania innych, uzupełniających środków redukcji zakłóceń – żyły zawsze są skręcane parami.

Rys. 1. Ilustracja zasady działania skrętki w polu magnetycznym o indukcji B: a – przewody równoległe w pewnej odległości od siebie; b – przewody skręcone
Rys. 1. Ilustracja zasady działania skrętki w polu magnetycznym o indukcji B: a – przewody równoległe w pewnej odległości od siebie; b – przewody skręcone, fot. HELUKABEL Polska

Sumarycznie skręcenie żył w przewodzie/kablu sygnałowym zapewnia użytkownikowi następujące korzyści:

  • zmniejszenie wpływu zakłóceń,
  • zredukowanie promień zginania kabla,
  • łatwiejsze identyfikowanie pary żył obwodów (te skręcone razem, muszą być używane do jednego obwodu).

 

Rodzaje stosowanych przewodów i ich nazewnictwo (pod względem elektromagnetycznym)

Znaczący wpływ na odporność kabla na zakłócenia ma ekranowanie przewodu. Dlatego też, oprócz skrętek nieekranowanych produkowane są również przewody skręcane, ekranowane. Stosuje się dwa rodzaje ekranów:

  • foliowy – FTP (ang. Foiled Twisted Pair),
  • oplot z drutu – STP (ang. Shielded Twisted Pair).

 

Ekranowanie może dotyczyć całego przewodu (ekran centralny) lub ekranowane mogą być poszczególne pary skręcanych żył.

Istnieją trzy rodzaje par przewodów pod względem ekranowania:

  • UTP – Unshielded Twisted Pair (skrętka nieekranowana),
  • FTP – Folied Twisted Pair (skrętka ekranowana za pomocą folii),
  • STP – Shielded Twisted Pair (skrętka ekranowana oplotem, plecionką z drutu).

 

Jeśli chodzi o ekran całościowy unormowano następujący zapis:

  • U – (Unshielded) – brak ekranu,
  • F – (Foiled) – ekran z folii,
  • S – (Shielded) – ekran w postaci oplotu z drutu.

 

W oznakowaniu przyjęto zapis typu: xxx/yyy, gdzie pierwsza część dotyczy całego kabla, a druga rodzaju ekranowania par przewodów. Przykładowo zapis U/UTP oznacza skrętkę nieekranowaną (zarówno poszczególne pary, jak i cały przewód nie jest ekranowany). Z kolei oznakowanie F/UTP oznacza przewód, w którym poszczególne pary nie są ekranowane, ale cały kabel zabezpieczono ekranem z folii aluminiowej.

Rzadziej produkowane są inne rodzaje przewodów o następującym ekranowaniu:

  • skrętka SF/FTP, gdzie poszczególna para skrętki jest ekranowana foliowaną, a cały przewód ma ekranowanie w postaci folii i oplotu,
  • skrętka S/FTP, gdzie poszczególna para skrętki jest ekranowana foliowaną, a cały przewód ma ekranowanie w postaci oplotu.

 

Rys. 2. Schematyczne przekroje kabli czteroparowych, wykonanych w różnych technologiach opisanych powyżej
Rys. 2. Schematyczne przekroje kabli czteroparowych, wykonanych w różnych technologiach opisanych powyżej, fot. HELUKABEL Polska

Ekranowanie – stosowanie i korzyści

Ekranowanie par żył pozwala na wyeliminowanie przesłuchów pomiędzy sąsiednimi obwodami, a jednocześnie na redukcję zakłóceń zewnętrznych, elektromagnetycznych niższych częstotliwości oraz radiowych. Stosując skrętkę ekranowaną należy zastosować również odpowiedni osprzęt z ekranem i właściwie go podłączyć. Podłączenie ekranu złożonego z oplotu drucianego nie stanowi generalnie problemu, gdyż istnieje szeroki asortyment dławików EMC oraz mocowań EMC w urządzeniach końcowych. W przypadku ekranu z foli (która jest narażona na pękanie podczas obróbki przewodu) należy pamiętać, że do poprawnego połączenia masy/uziemienia służy dodatkowa żyła stalowa (rys. 3.) zwana drenem, która pozwala również na zwiększenie przekroju przepływu prądów pasożytniczych, wobec znikomego przekroju samej folii.

Rys. 3. Przekrój kabla czteroparowego TP z ekranem foliowym i drenem
Rys. 3. Przekrój kabla czteroparowego TP z ekranem foliowym i drenem, fot. HELUKABEL Polska

Na rys. 3. pokazano realizację przewodu za pomocą żyły złożonej z siedmiu drutów. Stosuje się również jeszcze bardziej giętkie żyły złożone z dziewiętnastu drutów, lecz należy zwracać baczną uwagę, aby dla danego przypadku dobierać właściwe elementy, gdyż w czasie zamykania wtyczki część drutów może zostać przerwana, obniżając właściwości przewodu. Oczywiście wtyki, tak samo jak przewody, mają określoną kategorię (należy pamiętać, że „łańcuch jest tak mocny, jak jego najsłabsze ogniwo”).

Powstaje zatem zasadnicze pytanie – stosować cztery czy dwie pary przewodów? 2 pary 10/100 Mbit/s w Ethernecie przemysłowym, a 4 pary 10/100/1000 Mbit/s w sieciach przemysłowych Ethernet.

Obecnie stosuje się żyły jednodrutowe (kable przeznaczone do układania na stałe), 7-drutowe (kable giętkie) oraz 19-drutowe (kable bardzo giętkie).

W praktyce, ekranowanie stosuje się w profesjonalnych instalacjach, które są narażone na zakłócenia. Należą do nich obiekty, takie jak hale zakładów przemysłowych, lotniska czy szpitale, gdzie mamy do czynienia z aparaturą emitującą znaczną ilość promieniowania elektromagnetycznego.

Instalacja skrętki ekranowanej jest bardziej kłopotliwa i czasochłonna, ponieważ ekranowanie należy starannie wykonać (ekran musi być odpowiednio uziemiony). Źle wykonane ekranowanie może nawet pogorszyć parametry transmisji danych lub w niektórych przypadkach doprowadzić do uszkodzenia urządzeń (pojawienia się przepięcia).

Poza omówionymi powyżej parametrami konstrukcyjnymi na uwagę zasługują również:

  • bezhalogenowość i odporność na ogień, względnie nie rozprzestrzenianie ognia, co predestynuje kable i przewody do zastosowań budynkowych (CPR, konstrukcje oparte na PVC, nie powinny być stosowane w budynkach),
  • wypełnienie kabla oraz inne elementy konstrukcji mniej lub bardziej elastycznej izolacji pozwalające na stosowanie przewodów w przypadkach, gdy są one często zginane oraz skręcane (w tym liczba drutów w żyle),
  • odporność na inne warunki środowiskowe, takie jak woda, promieniowanie UV, czynniki biologiczne lub olej,
  • średnica zewnętrzna oraz dopuszczalny promień zgięcia.

 

Wybrane przewody

Rys. 4. Kabel Profibus L2 Torsion – widok przewodu i jego przekroju
Rys. 4. Kabel Profibus L2 Torsion – widok przewodu i jego przekroju, fot. HELUKABEL Polska

Kabel Profibus L2 Torsion

Przeznaczony do połączenia urządzeń w systemie Profibus (L2-BUS), ze względu na konstrukcje żyły roboczej znajduje zastosowanie w aplikacjach, gdzie występuje możliwość skręcania przewodu lub stosowania urządzeń przenośnych (losowe ruchy obwodu). Sprawdzi się również w aplikacjach z robotami przemysłowymi, jak i w aplikacjach dźwigowych. Patrząc na przekrój poprzeczny przewodu widać, że żyły składają się z siedmiu drutów, co zapewnia im dość dobrą elastyczność. Dzięki temu zmniejsza się ryzyko powstawania zbyt dużych przemieszczeń przy zginaniu, które wywołują naprężenia uszkadzające izolację, a nawet żyły.

Rys. 5. Kabel HELUKAT 600IND kategoria 7e
Rys. 5. Kabel HELUKAT 600IND kategoria 7e, fot. HELUKABEL Polska

Kabel HELUKAT 600IND kategoria 7e

Używany jest do pracy w trudnych warunkach przemysłowych. Mechanicznie charakteryzuje się doskonałą odpornością na oleje, smary i chłodziwa oraz dobrą odpornością na mikroby i hydrolizę. Elektrycznie, kabel ten wyróżnia się wysoką pojemnością rezerwową o doskonałej wydajności, dzięki temu bezproblemowo może być stosowany do obsługi usług, takich jak Gigabit Ethernet, Fast Ethernet, Ethernet, FDDI ATM155, Token Ring 4/16 Mbit/s lub ISDN. Kabel HELUKAT znacznie przekracza wymogi zgodności emisji zakłóceń klasy B wg EN55022, a także odporności na zakłócenia wg EN55024. Ma on również wyjątkowo dobre właściwości EMC.

Rys. 6. Kabel HELUKAT 1200 IND, kategoria 7A
Rys. 6. Kabel HELUKAT 1200 IND, kategoria 7A, fot. HELUKABEL Polska

Kabel HELUKAT 1200 IND, kategoria 7A

Wytrzymały, przeznaczony do stosowania w trudnych warunkach przemysłowych. Mechanicznie wykazuje doskonałą odporność na oleje mineralne, smary i środki chłodzące oraz dobrą odpornością na drobnoustroje i hydrolizę. Charakteryzuje się wysoką wydajnością. Jest niewrażliwy na zginanie (promień gięcia to dziesięciokrotna średnica kabla, wynosząca w tym wypadku 10 x 7,8 mm = 78 mm).

 


HELUKABEL Polska Sp. z o.o.
www.helukabel.pl

Publikacja artykułu: lipiec 2022 r.

Ocena:

4.8/5 - (38 ocen)

MOŻE CI SIĘ SPODOBAĆ

W POZOSTAŁYCH SERWISACH

hale przemysłowe plus

Serwis branżowy poświęcony zagadnieniom związanym z halami przemysłowymi, na które składają się m.in. budowa i wynajem, instalacje, automatyka i logistyka czy wyposażenie.